[发明专利]一种减小内置式永磁电机噪声的转子辅助槽优化设计方法

权利要求书

1.一种减小内置式永磁电机振动噪声的转子辅助槽优化设计方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤1，首先根据电机多运行工况的需求，确定电机的槽极配合、绕组连接方式采用星形连接整数槽分布绕组方案以及单层V型内置式的永磁体结构；

步骤2，根据电机的功率尺寸方程和装配要求，确定电机的详细尺寸参数，通过有限元软件对电机的空载工况，额定工况和高速弱磁工况进行电磁模型建立，验证各工况下仿真性能是否满足实际需求；

步骤3，对目标电机进行三维建模，充分考虑电机的实际装配体组成部件以及各部件之间的接触面设置情况，并对电机进行模态分析，得到各阶次模态频率的具体数值；

步骤4，将多工况下的电机模型进行电磁分析，并对气隙中的径向电磁力进行谐波分析，预测会对振动噪声产生重要影响的径向电磁力谐波分量；

步骤5，得出各工况下的径向电磁力分布后，分别将各个工况下的径向电磁力数据进行采集，同时将模态数据和径向电磁力数据导入到声学边界元软件，将径向电磁力加载至电机定子齿表面，仿真后可得到电机全速域运行下的声功率瀑布图；

步骤6，对声功率瀑布图进行分析，筛选其中声功率级较大的频率分量，分析其径向力谐波来源，并设置为优化目标；

步骤7，优化变量为转子两对辅助槽的全部变量参数，利用多目标优化算法进行参数寻优，最终获得最优的辅助槽参数，使得电机全速域运行的振动噪声情况达到最优；

所述步骤6中，8倍频和12倍频噪声的径向电磁力谐波分量设置为最终优化目标，转矩脉动也设置为最终优化目标；

所述步骤7中，两对转子辅助槽中共有8个优化变量，这8个优化变量是关于转子辅助槽的设计变量，其中每个转子辅助有4个变量，分别是定位点角度、槽口左右偏移角度以及槽口深度；

所述步骤7中，多目标优化方法步骤如下：

7.1)对优化变量设计初值与其变化范围进行选定；

7.2)对优化参数的灵敏度进行进一步分析，筛选出对径向电磁力谐波以及转矩脉动影响较大的高敏感参数进行进一步优化分析；

7.3)建立高敏感参数的样本点组合选取，并进行有限元仿真计算，利用中心试验设计方法建立的响应拟合曲面，明确高敏参数最优的取值点范围；

7.4)在拟合曲面模型建立的基础上，对于灵敏度较大的一些参数采用多目标骨干粒子群算法进行智能寻优，得到最优解集后进行目标筛选，其中，多目标骨干粒子群算法具体步骤包括：

初始化粒子位置，皆为随机生成均匀分布；

计算适应度值，皆为目标函数-优化对象；

初始化历史最优为其本身和找出全局最优；

根据位置和速度公式进行位置和速度的更新；

重新计算适应度；

根据适应度更新历史最优和全局最优；

收敛或者达到最大迭代次数则结束计算；

最后选出最合适的目标解后进行有限元验证，得到目标径向电磁力谐波幅值以及转矩脉动情况，验证结果的准确性；

7.5)步骤7.4)得到的优化结果与初始结构下的目标值进行对比，分析优化效果情况，并进行振动噪声仿真测试，对比优化前后振动噪声情况的改善程度，若效果优异，则将各优化变量值定为最终优化方案。

2.根据权利要求1所述的一种减小内置式永磁电机振动噪声的转子辅助槽优化设计方法，其特征在于，所述步骤7中，本电机噪声实测中选取的运行工况点为额定工况点，所分析的目标数据为额定工况点处的径向电磁力谐波幅值以及额定转矩脉动情况。

3.根据权利要求1所述的一种减小内置式永磁电机振动噪声的转子辅助槽优化设计方法，其特征在于，本电机外层为电机机壳(6)，机壳与定子铁心(7)相连，绕组(5)分布绕线在定子齿部，转子铁心(8)和定子铁心(7)之间存在气隙，转子铁心内嵌有磁钢(4)；此外，转轴部件(10)通过轴承(9)与前端盖(11)相连接，确保结构的稳定性；电枢绕组采用双层短距分布绕组形式，绕组跨距为5，永磁体材料为N42UH，定子铁心和转子铁心的材料均为武钢DW310-35，机壳、转轴及端盖采用铝合金材料。